Noções básicas para selecionar cilindros pneumáticos

Os cilindros pneumáticos são componentes importantes em sistemas pneumáticos que geram movimentos mecânicos utilizando ar comprimido. São utilizados numa variedade de aplicações, como na indústria de manufatura, na construção de fábrica ou na construção de máquinas personalizadas.

O que é um cilindro pneumático?

Um cilindro pneumático, ou cilindro de ar comprimido, é um atuador que usa ar comprimido para converter uma força em movimento linear. Em sistemas pneumáticos, o ar comprimido é fornecido através de condutas do compressor para os consumidores. Aí, é convertido em movimentos mecânicos através de elementos de atuação, como cilindros. Estes cilindros geralmente realizam movimentos lineares, mas também podem realizar movimentos de rotação usando componentes de transmissão. Consistem geralmente num invólucro cilíndrico, um êmbolo e uma haste do êmbolo e são usados em várias aplicações para transferir forças ou levantar e mover objetos. A seleção do cilindro pneumático correto depende dos requisitos da respetiva aplicação. Fatores importantes são, por exemplo, comprimento do curso, força, pressão operacional e temperatura.

Construção de cilindros pneumáticos

Os cilindros pneumáticos consistem geralmente nos seguintes componentes principais:

• Invólucro cilíndrico: O invólucro cilíndrico tem uma forma semelhante a um tubo ou “tambor” e é geralmente feito de aço. Contém outros componentes, como o êmbolo, a haste do êmbolo e os elementos de vedação.
• Ligações: As ligações estão localizadas nas extremidades do cilindro pneumático. O ar comprimido pode entrar ou sair através dele.
• Êmbolo: O êmbolo está localizado dentro do cilindro e é movido por ar comprimido.
• Haste do êmbolo: A haste do êmbolo está localizada no tubo do cilindro e está ligada ao êmbolo de transmissão. O movimento linear do êmbolo é transferido para outras peças da máquina com a haste do êmbolo.
• Elementos de vedação: Os elementos de vedação garantem que a pressão no cilindro é mantida ou compensada.

(1) Haste do Êmbolo (2) Invólucro cilíndrico (3) Ligações (4) Êmbolo (5) Elementos de vedação

Diferenciação dos cilindros pneumáticos de acordo com o princípio de funcionamento

O princípio de funcionamento dos cilindros pneumáticos baseia-se no princípio da pressão e alteração de volume. O ar comprimido direcionado para o cilindro move o êmbolo. Dependendo do princípio de funcionamento e da aplicação de força, é feita uma distinção entre cilindros pneumáticos de ação única e cilindros pneumáticos de ação dupla.

Um cilindro pneumático de ação única tem uma única ligação. O ar comprimido entra através desta ligação, estendendo a haste do êmbolo. Devido ao princípio de funcionamento dos cilindros pneumáticos de ação única, a força só pode ser exercida numa direção. Se o ar comprimido for libertado através da mesma ligação, a haste volta à sua posição original. A retração da haste pode ser controlada utilizando uma mola de retorno ou força externa.

Um cilindro pneumático de dupla ação funciona em ambas as direções. Tem duas ligações de ar comprimido, que pressurizam alternadamente o cilindro pneumático de ambos os lados. Desta forma, a haste do êmbolo é movida para a frente e para trás. Dependendo do lado que é fornecido com ar comprimido, o cilindro pneumático controla a direção do movimento e desdobra a sua força total em ambas as direções.

Diferentes versões de cilindros pneumáticos

Existem diferentes versões de cilindros pneumáticos. As explicações listadas abaixo estão entre as variantes mais comuns e/ou bem conhecidas para servir como exemplos. Além destas, existem outras variantes para várias aplicações especiais.

Cilindro pneumático com amortecimento da posição final

Os cilindros de ar comprimido com amortecimento de posição final estão equipados com amortecedores elásticos ou aceleradores ajustáveis para desacelerar ligeiramente o movimento da haste do êmbolo antes de atingir a sua posição final. Este amortecimento protege contra choques e aumenta a vida útil do sistema, impedindo que o êmbolo impacte o fundo do cilindro a velocidades excessivas.

Cilindro sem haste

Os cilindros de ar comprimido sem haste são uma forma especial de cilindros pneumáticos que são diferentes dos cilindros convencionais devido à ausência de uma haste do êmbolo projetada. O êmbolo move-se dentro do cilindro e transmite a sua força através de uma guia externa, uma correia ou através da fixação lateral de um atuador linear. Este tipo de construção permite comprimentos de curso mais longos numa forma mais compacta, tornando-os particularmente adequados para aplicações precisas e restrições espaciais.

Cilindro pneumático síncrono

Num cilindro de ar comprimido síncrono, os cilindros foram concebidos para funcionar sincronizadamente entre si. Isto permite que todos os cilindros se movam ao mesmo tempo e à mesma velocidade. Isto permite que os processos de maquinação sejam otimizados porque o movimento sincronizado permite movimentos além da intensidade de um único cilindro. Os cilindros pneumáticos síncronos são frequentemente usados em aplicações onde são necessários movimentos precisos e uniformes, como na tecnologia de montagem ou na tecnologia de embalagem.

Cilindros multiposições

Este tipo de cilindro também consiste em vários cilindros de ar comprimido de dupla ação que estão diretamente ligados uns aos outros. Dependendo da aplicação de ar comprimido, os êmbolos individuais do cilindro estendem-se em diferentes direções. Por exemplo, quando dois cilindros de diferentes comprimentos de curso são conectados, a atuação e a divisão de curso resultam em quatro posições que o cilindro pode assumir. Os cilindros multiposições são geralmente utilizados quando são necessárias várias posições alvo, como na tecnologia de embalagem ou na tecnologia de montagem.

Cilindros de membrana

Os cilindros de membrana também pertencem à classe de cilindros pneumáticos e, em contraste com o cilindro de ar comprimido, têm uma membrana flexível ou um fole em vez de um êmbolo. A membrana expande-se em resposta ao fornecimento de ar comprimido, criando movimento e força. Uma vantagem dos cilindros de membrana é a capacidade de trabalhar em ambientes onde os riscos de fuga ou contaminação devem ser evitados, eliminando a necessidade de hastes do êmbolo ou vedantes que se projetam do cilindro. São, portanto, ideais para aplicações limpas ou estéreis.

Selecionar cilindros pneumáticos

Ao selecionar um cilindro pneumático, a força necessária para mover a carga a uma determinada velocidade desempenha um papel fundamental. A força do cilindro deve ser ligeiramente superior à força necessária para mover a carga. Que força é gerada depende de vários fatores, incluindo a pressão operacional e o diâmetro efetivo do êmbolo. A fórmula básica para calcular a força F do cilindro pneumático é:

Em que p é a pressão exercida no êmbolo e a é a área de superfície eficaz que entra em contacto com o ar. O diâmetro do êmbolo d é utilizado para calcular a área de superfície efetiva a:

Utilizando a pressão de funcionamento p e a área de superfície determinada a , a força máxima potencial pode agora ser determinada e, assim, a saída máxima do cilindro. No entanto, a força gerada na realidade pode ser um pouco menor devido a aspetos como o atrito ou a redução de pressão em linhas e válvulas. Também deve ser mencionado que as fórmulas acima mencionadas e o cálculo da força se relacionam com cilindros pneumáticos de ação única. Para cilindros pneumáticos de dupla ação, o cálculo também deve levar em consideração o curso de retorno, além do curso de implantação.

Vantagens e desvantagens dos cilindros pneumáticos

Os cilindros pneumáticos são caracterizados por uma variedade de vantagens. Um fator importante é a sua construção robusta. Podem suportar várias influências ambientais e tensões mecânicas. Devido ao seu design simples, os cilindros de ar comprimido são, em primeiro lugar, mais baratos porque não requerem eletrónica ou controlos complexos e, em segundo lugar, a sua manutenção e reparação também é mais fácil do que, por exemplo, em comparação com sistemas eletrónicos ou hidráulicos. Além disso, deve ser mencionado que os cilindros pneumáticos funcionam muito bem, pois só funcionam com ar comprimido. Mesmo que o ar escape através de uma fuga, não existe contaminação. Além disso, a montagem é muito fácil, pois o ar de exaustão pode sair diretamente para o ambiente e, portanto, não são necessárias linhas de retorno complexas.

Uma das desvantagens é que os cilindros pneumáticos requerem ar limpo e seco para funcionarem de forma ideal. A contaminação ou humidade no ar pode causar desgaste prematuro ou condensação no sistema, o que, por sua vez, prejudicaria a eficiência e a vida útil dos cilindros. Outro aspeto a considerar é o chamado efeito stick-slip. Este efeito refere-se ao deslizamento de corpos sólidos em movimento uns contra os outros e ocorre quando o atrito estático é significativamente maior do que o atrito de deslizamento. Uma vez que as forças de atrito estático nos cilindros pneumáticos são aproximadamente duas vezes maiores do que as do atrito de deslizamento, o efeito stick-slip pode, por vezes, ocorrer muito rapidamente.

Áreas de aplicação de cilindros pneumáticos

Os cilindros pneumáticos são usados em diversas indústrias e aplicações. Eles são frequentemente usados em engenharia mecânica e engenharia de fábrica para realizar movimentos repetitivos, como linhas de produção automatizadas. Os cilindros de ar comprimido são utilizados para realizar tarefas como fixação, rotação ou elevação. No entanto, os cilindros pneumáticos também são utilizados em sistemas de transporte para abrir ou fechar deslizadores, por exemplo, ou para mover materiais de uma correia para outra.

Clique aqui para saber mais sobre esta aplicação.

O MISUMI oferece uma variedade de cilindros pneumáticos de alta qualidade em diferentes versões. Selecione o cilindro pneumático apropriado para a sua aplicação. Também pode encontrar vários acessórios pneumáticos, como válvulas, adaptadores, sensores ou compressores na loja online MISUMI.